Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материаламиНИР

Physical

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
17 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: Материалом исследования служили образцы компактного и губчатого вещества костей домашних и лабораторных животных различных таксонометрических и возрастных групп, полученные в результате механической обработки исходных нативных костных заготовок. Для выяснения структурно-функциональных взаимосвязей в образцах минерализованных тканей, установления закономерностей морфогенеза и адаптивных перестроек использованы методы экспериментальной морфологии и инженерной биомеханики (испытания на сжатие, микротвердость). Изучение композиционного состава бедренных и плечевых костей у животных различных таксономических групп (бык, кролик, свинья) крыса и др.) не выявило существенных отличий. Содержание свободной воды находилось в пределах (9,40-12,80)%, доля минерального компонента составляла (60,67-71,19)% от массы нативных влажных образцов, а органического - (18,31-26,15)%. При этом выявлена индивидуальная вариабельность содержания основных фаз, достигающая 10-15 %. Морфомеханический анализ костей различной локализации свидетельствует о том, что степень минерализации кости и соответствующие ей механические параметры зависят от характера и уровня функциональных нагрузок. Результаты определения микротвердости и степени минерализации образцов, взятых их костей различной локализации свидетельствуют о корреляции между структурой, композиционным составом кости, ее функцией в скелете и механическими параметрами.
18 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование локальных температурных режимов фрагментов костной ткани после гидродинамического разделения «in vitro»
Результаты этапа:
19 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа:
20 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа:
21 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа:
22 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: В ходе выполнения настоящего исследования проанализированы существующие модели механических и теплофизических свойства костной ткани, предложена математическая модель тепловых процессов в костной ткани в момент и после гидрорезания.
23 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: Проведен анализ роли температурных воздействий в процессе гидроабразивной резки на характеристики и свойства костной ткани. Для исследования динамики температурных процессов на поверхности костных фрагментов после гидродинамической резки создана упрощенная модель с использованием уравнения теплопроводности, в которой костная ткань представляет собой сплошную однородную пластину с постоянной температуропроводностью. Режущая гидроабразивная струя рассматривается как перемещающийся в процессе резки точечный источник. В результате получена расчетное уравнение для распределения температуры T(x,y,z,t) в пластине (ось Z направлена по толщине, ось X совпадает с направлением реза) в процессе гидродинамической резки со скоростью v методом наложения мгновенных точечных источников. Параметры, характеризующие костную ткань, взяты из литературных источников. Полученные результаты оценки порядка величины и плавного характера изменения распределения температуры в образце костной ткани при заданных параметрах упрощенной модели позволяют заключить, что предложенный подход позволяет получить количественные и качественные оценки, не противоречащие экспериментальным данным. Развитие подобных моделей может дать возможность получения новой информации о свойствах и характеристиках костной ткани, которая может послужить формированию критериальных оценок при верификации модельных подходов, а сочетании с экспериментальными методами исследования динамики температурных процессов на поверхности костных фрагментов после гидродинамической резки позволит дальнейшем производить адекватные оценки теплофизических процессов по результатам модельных расчетов.
24 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: Проведено исследование некоторых вопросов влияния способов биомеханической обработки и стерилизации на структуру и упруго-пластические характеристики поверхностного слоя костных имплантатов. Предложен усовершенствованный подход к механическому разделению кости, позволяющий устранить повреждающее влияние режущего инструмента на структуру поверхностного слоя костных образцов. Экспериментально установлено отсутствие влияния предложенного комбинированного метода стерилизации с установленными оптимальными параметрами на показатели микротвердости поверхностного слоя костных образцов. Представлены первые данные структурно-функционального анализа поверхностей костных имплантатов после озонового воздействия при использовании комбинированной стерилизации (озон + радиация), а также полученные с применением современных методов результаты элементного анализа для опосредованной оценки исходных остеоиндуктивных свойств имплантатов.
25 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: В работе в соответствии с техническим заданием с использованием программного комплекса GEANT4 проведено моделирование процесса радиационной обработки костного имплантата. За основу модельной задачи были взяты условия эксперимента по радиационной стерилизации костных фрагментов, осуществленного ранее в НИИЯФ МГУ на базе линейного ускорителя электронов с энергией 1 МЭВ. Использование универсального программного комплекса GEANT4 позволило провести модельное исследование процессов, сопровождающих радиационное воздействие пучков ускоренных электронов на образцы прямоугольной формы со структурно-функциональными характеристиками костной ткани. В результате получены пространственные распределения величины поглощенной дозы при различных условиях облучения и значениях определяющих параметров, что в свою очередь дает возможность выработать практические рекомендации по оптимизации процесса радиационной стерилизации костных имплантатов. Ускоренные электроны обеспечивают получение необходимой дозы в короткое время. Но при этом равномерность распределения величины поглощенной дозы по объему стерилизуемого образца требует его облучения с разных сторон или вращения в процессе радиационного воздействия. Для достижения относительной равномерности распределения дозы необходимо использовать пучки электронов с оптимальными (в зависимости от толщины стерилизуемого фрагмента) значениями энергии. В частности, для толщины 6 мм оптимальной является энергия пучка в 3 МэВ при двустороннем облучении костного образца.
26 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа: На данном этапе работы в соответствии с Техническим заданием с использованием программного кода GEANT-4 был продолжен цикл исследований по моделированию процессов, имеющих место при использовании радиационных технологий для стерилизации биообъектов, в частности костных имплантатов. На предыдущем этапе работы в качестве источника радиационного воздействия был использован поток ускоренных электронов, такие эксперименты ранее проводились на ускорителе электронов непрерывного действия УЭЛР-1-25-Т-001 с энергией 1 МэВ, разработанном в НИИ ядерной физики имени М.В. Ломоносова. На данном этапе были проведены модельные расчеты пространственного распределения величины поглощенной дозы при воздействии рентгеновского излучения на образец с исходными характеристиками компактной костной ткани. Подобно случаю использования в качестве источника радиационного воздействия потока ускоренных электронов, большая часть поглощенной дозы локализуется в поверхностных слоях облучаемого объекта. При этом отмечена выраженная зависимость толщины этого слоя от энергии используемого рентгеновского излучения. Наибольшую эффективность (в заданном диапазоне значений энергии рентгеновского излучения) показало использование тормозного рентгеновского излучения с энергией в 5 – 10 МэВ. Двустороння обработка приводит к более равномерному распределению поглощенной дозы. Рентгеновские лучи характеризуются лучшими чертами не только гамма-квантов, но и потоков быстрых электронов, а именно: высокой проникающей способностью, низкой мощностью дозы, как у гамма-квантов, относительно короткой экспозицией, возможностью отключения и отсутствием излучения по завершении производственного процесса, как у электронов. Например, для получения стандартной дозы стерилизации в 25 кГр потребуется от несколько часов до суток обработки с использованием гамма-излучения, в отличие от 45 минут до часа при использовании рентгеновских лучей и от секунд до минут при использовании технологии электронного луча. Кроме того, такая технология также позволяет обрабатывать продукты с высокой однородностью распределения поглощенной дозы. При этом, безусловно, следует принимать во внимание индивидуальные особенности тканей и материалов по эффективности поглощения рентгеновского излучения. Полученные на данном этапе исследований результаты модельных расчетов распределения величины поглощенной дозы при воздействии рентгеновского излучения на образец с исходными характеристиками компактной костной ткани свидетельствуют о возможности практического использования такой технологии стерилизации костных имплантатов.
27 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа:
28 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Физико-химические процессы взаимодействия высокоэнергетических потоков с различными материалами
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".